Électricité sans fils. Vers un nouveau monde d'électricité sans fil

À la fin du XIXe siècle, la découverte que l'électricité pouvait être utilisée pour faire briller une ampoule a provoqué une explosion des recherches visant à trouver le meilleur moyen de transmettre l'électricité.

À la tête de la course était le célèbre physicien et inventeur Nikola Tesla, qui a développé un projet grandiose. Incapable de croire à la réalité de la création d'un réseau colossal de câbles couvrant toutes les villes, rues, bâtiments et chambres, Tesla est parvenu à la conclusion que la seule méthode de transmission possible est le sans fil. Il a conçu une tour d'environ 57 mètres de haut, qui était censée transmettre de l'énergie sur une distance de plusieurs kilomètres, et a même commencé à la construire sur Long Island. Une série d'expériences a été menée, mais le manque d'argent n'a pas permis l'achèvement de la tour. L'idée de transmettre l'énergie par air s'est répandue dès qu'il s'est avéré que l'industrie était en mesure de développer et de mettre en œuvre une infrastructure filaire.

Et maintenant, il y a quelques années, le professeur agrégé du département de physique du Massachusetts Institute of Technology (MIT), Marin Soljačić, a été réveillé d'un doux rêve par les cris insistants d'un téléphone portable. "Le téléphone ne s'est pas arrêté, exigeant que je le mette en charge", explique Soljacic. Fatigué et ne s'apprêtant pas à se lever, il a commencé à rêver que le téléphone, étant à la maison, commence à se charger tout seul.
Soljacic a commencé des recherches sur les moyens de transférer de l'énergie sans fil. Il a abandonné les projets de transmission d'énergie à longue portée comme le projet Tesla et s'est concentré sur les méthodes de transmission d'énergie à courte portée qui permettraient de charger ou même d'allumer des appareils portables - téléphones mobiles, PDA, ordinateurs portables.
Dans un premier temps, il a envisagé la possibilité d'utiliser des ondes radio qui transmettent des informations si efficacement à distance, mais a constaté que dans ce cas, la majeure partie de l'énergie serait dissipée dans l'espace. L'utilisation d'un laser exigeait que la source d'énergie et l'appareil rechargeable soient dans le champ de vision l'un de l'autre sans aucun obstacle entre eux. De plus, cette méthode était lourde de dommages aux objets pris dans la ligne de transmission. Par conséquent, Soljacic a commencé à rechercher une méthode de transmission qui serait à la fois efficace, c'est-à-dire capable de transmettre de l'énergie sans la disperser, et sûre.
En fin de compte, il s'est installé sur le phénomène de couplage par résonance, lorsque deux objets accordés à la même fréquence échangent intensivement de l'énergie l'un avec l'autre, tout en n'interagissant que faiblement avec d'autres objets. Une illustration classique de cet effet est l'expérience avec plusieurs verres remplis de vin chacun à un niveau différent du reste. Par conséquent, pour chaque verre, il existe une fréquence sonore unique qui provoque des vibrations. Si un chanteur prend note de la fréquence appropriée, l'un des verres peut recevoir une telle dose d'énergie acoustique qu'il s'effondrera, tandis que les verres restants resteront intacts.
Soljacic a réalisé que la résonance magnétique est un moyen prometteur de transférer de l'électricité. Le champ magnétique se propage librement dans l'espace et, aux bonnes fréquences, est inoffensif pour les êtres vivants. En collaboration avec les professeurs de physique du MIT John Joannopoulos et Peter Fisher et trois étudiants, il a développé un appareil simple qui allume une ampoule de 60 watts sans fil.
L'appareil était composé de deux bobines de cuivre accordées par résonance suspendues au plafond à une distance d'environ deux mètres. Une bobine a été connectée à une source CA et a créé un champ magnétique. Une deuxième bobine réglée sur la même fréquence et connectée à l'ampoule, résonnant dans un champ magnétique, a généré un courant allumant l'ampoule. L'appareil fonctionnait même lorsqu'une paroi mince était placée entre les bobines.

Il est à noter que l'installation ne nécessite même pas de ligne de vue directe entre le récepteur et l'émetteur. À titre expérimental, du carton et des feuilles de fer ont été placés entre eux, mais cela n'a pas affecté l'approvisionnement en courant.
Le plus efficace des appareils créés par ce moment est constitué de bobines de cuivre de 60 centimètres et d'un champ magnétique d'une fréquence de 10 mégahertz. Il vous permet de transmettre de l'énergie sur une distance de deux mètres avec une efficacité de 50%. Des recherches sont menées avec de l'argent et d'autres matériaux pour réduire la taille des bobines et augmenter l'efficacité. Soldacic espère atteindre une efficacité de transmission de 70 à 80%.

Les physiciens du Massachusetts expliquent que le principe de l'installation est basé sur le mécanisme de résonance, c'est-à-dire un phénomène qui provoque des vibrations dans un objet lorsqu'il est exposé à l'énergie d'une certaine fréquence. Cependant, lorsque deux objets ont des valeurs de résonance égales, ils peuvent échanger de l'énergie et n'affectent absolument pas les objets environnants.

Dans la nature, il existe de nombreux exemples de résonance. L'exemple le plus célèbre de résonance est lorsque plusieurs verres en verre identiques sont remplis de différentes quantités d'eau, si chaque verre est tapoté avec une cuillère en métal, alors chaque verre fera un son unique.

Au lieu de la résonance acoustique, les physiciens ont utilisé la résonance de fréquence des ondes électromagnétiques dans WiTricity. Dans l'installation, les deux bobines résonnent dans la gamme de fréquences de 10 MHz et échangent de l'électricité et plus l'interaction entre les éléments est longue, plus le courant arrive au récepteur. De plus, plus la plage de résonance est faible, plus la plage de longueurs d'onde est longue et plus la distance entre le récepteur et l'émetteur peut être grande.

Un autre facteur important est que cette configuration ne nuit pas à la santé humaine, car elle fonctionne à basses fréquences, principalement dans le spectre magnétique.

"À notre connaissance, les organismes humains ne réagissent pas à l'interaction magnétique. Si votre fréquence était perceptible, par exemple 2 GHz, vous obtiendriez l'effet d'un four à micro-ondes et cela aurait été un effet complètement différent", explique l'un des développeurs de l'installation, Marine Soladzic.

Un certain nombre d'autres moyens de recharger les batteries sans fil sont actuellement à l'étude. Des startups telles que Powercast, Fulton Innovation et WildCharge ont commencé à commercialiser des adaptateurs qui permettent de recharger sans fil des téléphones portables, des lecteurs MP3 et d'autres appareils à la maison ou dans la voiture. Mais l'approche de Soljacic est différente en ce qu'elle permet la charge automatique des appareils dès qu'ils tombent dans le champ d'action d'un émetteur sans fil.
Les travaux du groupe Soljacic ont attiré l'attention des entreprises de fabrication d'appareils électroniques, ainsi que de l'industrie automobile. La recherche a été financée par le département américain de la Défense, qui espérait obtenir une technologie de recharge automatique sans fil de la batterie. Cependant, Soldjacic préfère ne pas parler de la possible application industrielle de sa technologie.
Il y a tellement d'applications potentielles dans le monde actuel alimenté par batterie où notre technologie peut être utilisée ", dit-il." C'est une méthode très puissante. "